考虑海流干扰的深海采矿非金属柔性管道磨损寿命评估方法

《Petroleum Science》：An assessment method for the wear life of non-metallic flexible pipes in deep-sea mining considering ocean current disturbance

　　

摘要

海流扰动是加速深海采矿用非金属柔性管道内衬磨损率的关键因素，显著影响管道的使用寿命，因此在管道设计中必须予以考虑。本研究在海流扰动条件下建立了整合非金属柔性管道弯曲段、海水和非球形颗粒的耦合动力学模型。系统地分析了影响颗粒动力学分布特征的关键参数，包括颗粒球度、管道振荡频率和振荡振幅。研究重点在于这些影响因素下内衬磨损的演变，揭示了颗粒 - 壁面碰撞和磨损进展的机制。此外，预测和评估了柔性管道的磨损寿命。结果表明，在振荡频率和振幅的影响下，非球形颗粒的几何特征和管道振荡参数与磨损率表现出显著的非线性关系。高频、大幅振荡倾向于抑制磨损区域的横向传播，从而加剧壁厚方向的局部磨损。在纳入 1.5 安全系数的磨损寿命评估中，最小使用寿命出现在最大颗粒尺寸为 20 毫米、球度为 0.8、振荡振幅为 15°、振荡频率为 1 Hz 的条件下。这些发现可以为深海采矿用非金属柔性管道的磨损寿命评估和结构设计提供坚实的理论支持和技术指导。

王莹莹|吴晓彤|李星野|杨鹏|曾庆珍|孙海波